Химическая связь: ковалентная (полярная и неполярная) и ионная связь

Химическая связь — это совокупность сил межатомного взаимодействия, приводящих к образованию устойчивых многоатомных систем (молекул, кристаллов, радикалов). Движущей силой образования связи является стремление атомов к достижению минимума потенциальной энергии и устойчивой 8-электронной оболочки благородного газа (правило октета Льюиса).

Электроотрицательность (ЭО, χ) — способность атома в молекуле притягивать к себе общие электронные пары. Разность электроотрицательностей Δχ связываемых атомов определяет тип химической связи:

• Δχ = 0: ковалентная неполярная связь (между одинаковыми неметаллами: H₂, Cl₂, O₂, N₂);

• 0 < Δχ < 1.7: ковалентная полярная связь (между разными неметаллами: HCl, H₂O, NH₃, CH₄);

• Δχ > 1.7: ионная связь (между типичным металлом и типичным неметаллом: NaCl, K₂O, CaF₂).

Ковалентная связь — это химическая связь, возникающая в результате обобществления электронов с образованием общих электронных пар.

Механизмы образования ковалентной связи:

1. Обменный механизм: каждый из связываемых атомов предоставляет по одному неспаренному электрону с противоположными спинами: H• + •H → H:H (H–H).

2. Донорно-акцепторный механизм: один атом (донор) предоставляет готовую неподеленную электронную пару, а второй атом (акцептор) предоставляет свободную орбиталь. Классический пример — образование иона аммония NH₄⁺: молекула аммиака :NH₃ (донор пары на азоте) присоединяет протон H⁺ (акцептор с пустой 1s-орбиталью) с образованием равноценных ковалентных связей.

Основные свойства ковалентной связи:

• Направленность в пространстве (определяет геометрию молекул: линейная BeCl₂, угловая H₂O, тетраэдрическая CH₄);

• Насыщаемость (атом может образовать строго определенное число ковалентных связей);

• Полярность (смещение связывающего облака к более электроотрицательному атому с образованием диполя).

Ионная связь — это электростатическое притяжение между противоположно заряженными ионами (катионами и анионами), возникающее при полном переходе электронов от атома с низкой ЭО (металла) к атому с высокой ЭО (неметаллу):

Na• + •Cl::: → Na⁺ + [:Cl:::]⁻ → NaCl.

Ионная связь ненаправлена в пространстве и ненасыщаема, поэтому ионные соединения образуют гигантские трехмерные ионные кристаллические решетки.

Типы кристаллических решеток твердых веществ:

1. Ионная (NaCl, KNO₃, CaO) — в узлах ионы; высокая твердость, тугоплавкость, хрупкость, растворы и расплавы проводят электрический ток.

2. Молекулярная (H₂O (лед), I₂, CO₂ (сухой лед), сахар) — в узлах молекулы, связанные слабыми силами Ван-дер-Ваальса; летучие, легкоплавкие, неэлектропроводные.

3. Атомная (алмаз C, кварц SiO₂, бор B, германий Ge) — в узлах атомы, соединенные прочнейшими ковалентными связями; экстремальная твердость, сверхвысокие температуры плавления (> 2000 °C), нерастворимы.

4. Металлическая (Fe, Cu, Al) — в узлах катионы металлов, погруженные в общий «электронный газ»; пластичность, ковкость, высокая тепло- и электропроводность.

Схема анализа связи и структуры:

Типичные ловушки теста ЕНТ:

1. Песок SiO₂ (кварц) и сухой лед CO₂:

Оба оксида образованы элементами 4-й группы. Но CO₂ имеет МОЛЕКУЛЯРНУЮ решетку (газ, сухой лед возгоняется при -78.5 °C), а SiO₂ имеет АТОМНУЮ трехмерную решетку (температура плавления 1713 °C!).

2. Соли аммония (NH₄Cl, NH₄NO₃):

Все элементы — неметаллы (N, H, Cl), но связь между катионом аммония NH₄⁺ и хлорид-анионом Cl⁻ является ИОННОЙ! Кристаллическая решетка солей аммония — ионная!